Ein helsta áskorunin í lyfjaþróun er að ákveða hvort lyfjafræðileg áhrif sem sést hafa í forklínískum rannsóknum muni einnig koma fram hjá mönnum. Frambjóðandi getur sýnt sannfærandi virkni í dýralíkani en samt ekki náð þeirri klínísku svörun sem búist er við. Oft er hluturinn sem vantar líffræðilegur gangur sem einkennist nógu vel til að spá fyrir um hegðun hans í annarri tegund.
Sama sameindin framleiðir mismunandi svörun milli tegunda, vegna þess að marktjáning, viðtakadreifing, lyfjaumbrot, útsetning vefja, ónæmisstjórnun og sjúkdómslíffræði eru mismunandi. Umbætur á dýralíkani staðfestir því ekki ein og sér að vélbúnaður muni skila sér í klínískan ávinning.
Lífmerki gefa leið til að vinna á því bili. Með því að mæla breytingar sem tengjast útsetningu fyrir lyfjum, markvirkni, mótun ferlis og sjúkdómssvörun, getur forrit komið á magnbundnum tengslum millilyfjahvörf (PK)oglyfhrif (PD). Þessi tengsl segja til um hversu mikla útsetningu er þörf, hvaða líffræðilegir kerfi hafa áhrif á og hvort svörunin sem sést tengist sjúkdómum í mönnum.
Í þýðingarlækningum er markmiðið samhangandi rammi: forklínískar mælingar upplýsa klínískar ákvarðanir og klínískar athuganir endurskoða forklínískar tilgátur. Listi yfir frambjóðendamerki er ekki til afhendingar.
1. Hvað gerir lífmerki gagnlegt í lyfjaþróun?
Lífmerki er mælanlegur eiginleiki sem gefur til kynna líffræðilegt ferli, sjúkdómsvaldandi ferli eða viðbrögð við inngripi. Sameindamælingar, frumueiginleikar, lífeðlisfræðilegar breytur, myndgreiningarniðurstöður og hlutlægt magnmældar hegðunarbreytingar eiga allt rétt á sér.
Gildi þeirra fer eftir líffræðilegri spurningu sem þeim er ætlað að svara. Fimm flokkar koma aftur í lyfjaþróun.
Lyfhrifafræðileg lífmerkisýna að líffræðileg svörun hefur átt sér stað eftir skömmtun: cýtókínstyrkur, fosfórun merkjapróteina, genatjáning, efnaskiptavirkni.
Miðaðu á lífmerki fyrir þátttökusýna að lyfið hefur haft samskipti við ætlað sameindamarkmið þess. Notkun viðtaka, markbinding og hömlun á marktengdum merkjaleiðum eru venjulega útlestur.
Forspár lífmerkigreina sjúklinga sem eru líklegri til að svara tiltekinni meðferð. PD-L1 tjáning og BRCA1/2 breytingar eru staðfest dæmi í skilgreindum meðferðaraðstæðum.
Prognostic biomarkerslýsa líklegu ferli sjúkdóms óháð tiltekinni meðferð.
Öryggislífmerkimerkja hugsanlega meðferðartengda eituráhrif eða lífeðlisfræðilega truflun.
Flokkarnir útiloka ekki hvert annað. Eitt lífmerki getur borið mismunandi tegundir upplýsinga eftir samhengi rannsóknarinnar.
Lífmerki er heldur ekki klínískur endapunktur eða staðgengill endapunktur sjálfgefið. Minnkun á bólgumerki í blóðrás sýnir líffræðilega virkni; það staðfestir ekki að sjúklingur muni upplifa verulegan klínískan bata. Að binda lífmerkisbreytingu við klíníska niðurstöðu þarf sérstakar sannanir.
Þessi aðgreining mótar allt niðurstreymis. Að mæla breytinguna er einfalt. Það er erfiðara að túlka hvað breytingin þýðir fyrir meðferðaráhrif.
2. The Preclinical Foundation: Tenging lyfjaáhrifa við líffræðileg svörun
Gagnlegasta framlag lífmerkja við forklíníska þróun er tengslin sem þeir koma á milli útsetningar fyrir lyfi og lyfjafræðilegrar virkni.
Hefðbundin virknirannsókn sýnir að meðferð bætir sjúkdómstengdan endapunkt. Í sjálfu sér segir það ekki hvort áhrifin hafi komið frá fullnægjandi markvirkni, mótun niðurstreymis leiða eða óbeinni líffræðilegri svörun.
Upplýsandi hönnun kemur á fót þremur tengdum tengslum: lyfjaútsetningu, markvirkni og lyfjafræðileg svörun. Hver svarar annarri spurningu.
Lyfjaváhrif: Hversu mikið lyf berst í viðkomandi líffræðilega hólf?
Lyfjahvarfarannsóknir einkenna frásog lyfja, dreifingu, umbrot og brotthvarf. Plasmaþéttni er mikilvægur upphafspunktur, en hann er staðgengill fyrir váhrif á verkunarstaðnum, og stundum léleg.
Fyrir lyf sem miða á miðtaugakerfið segir útsetning í blóðvökva ein og sér lítið um styrkinn sem er tiltækur í heilavef. Mótefni og önnur stór lífefni dreifast öðruvísi en litlar sameindir af ástæðum sem sitja utan plasmaþéttni.
Það fer eftir meðferðarferlinu, viðeigandi mælingar innihalda heildar- og óbundinn plasmaþéttni, vefjaþéttni, þéttni heila- og mænuvökva eða staðbundin lyfjadreifing.
Markmið: Hefur lyfið víxlverkun við ætlað markmið þess?
Markvirkni tengir útsetningu lyfja við lyfjafræðilega virkni.
Fyrir mótefni sem miða á viðtaka, metur viðtakaráðstöfun (RO) hlutfall tiltækra viðtaka sem eru bundnir af lyfinu. Að því er varðar kínasahemla gefa breytingar á markfosfórun eða á boðpróteinum niðurstreymis vísbendingar um hömlun á ferli. Hvort heldur sem er svarar mælingin því hvort gefinn skammtur hafi valdið nægjanlegri líffræðilegri víxlverkun við fyrirhugað mark.
Lyfhrifafræðileg svörun: Gefur markvirkni þau líffræðilegu áhrif sem búist er við?
Binding er ekki það sama og svar. Lyf getur hertekið mark sitt án þess að framkalla nægjanlega mótun niðurstreymis ferla, sérstaklega þar sem jöfnunaraðferðir eða óþarfar boðleiðir eiga í hlut.
PD lífmerki bæta því lagi af sönnunargögnum.
Kínasahemill, til dæmis, dregur úr fosfórýleringu á fyrirhuguðu markmiði sínu, færist síðan niður á boðsprótein og færir loks sjúkdómstengdan endapunkt. Mæling á öllum þremur stigunum aðskilur beina markhömlun frá víðtækari líffræðilegum áhrifum.
Að mæla tengsl váhrifa og viðbragða
Þegar útsetning og lyfhrifamælingar liggja fyrir getur líkan einkennt sambandið þar á milli.
Algengt val er Emax líkanið:
E(C)=E0 + (Emax x C) / (EC50 + C)
þar sem E(C) er lyfjafræðileg áhrif sem sést við styrkinn C, E0 grunnlínuáhrifin, Emax hámarksáhrifin sem hægt er að ná og EC50 styrkurinn sem tengist 50% af því hámarki.
Flóknari líkön bæta við seinkuðum svörum, óbeinum svörunaraðferðum, viðtakaveltu eða tímaháðum breytingum á lyfjaútsetningu.
Hagnýt endurgreiðsla er útsetningarsvið frekar en stakur skammtur. Í stað þess að taka skammtinn sem framkallaði mestu áhrifin sem fram komu í dýrarannsókn, getur forrit greint lágmarksútsetningu sem þarf til að ná markmiðinu og útsetningu sem tengist fullnægjandi PD svörun. Það er skynsamlegri grunnur til að setja skammta og váhrifamarkmið í síðari klínískum rannsóknum.
3. Frá dýrarannsóknum til skammtavals í fyrsta lagi í mönnum
Val á klínískum upphafsskammti er ein skýrasta notkunin á forklínískum lyfjahvarfa/sjúkdómslyfjum og gögnum um lífmerki.
Óklínískar eiturverkanarannsóknir veita venjulega öryggisfestinguna: stig sem hefur ekki sést skaðleg áhrif (NOAEL) umreiknað í jafngildisskammt fyrir menn (HED), síðan deilt með viðeigandi öryggisstuðli.
Fyrir mjög öflugt eða mjög líffræðilega virkt efnasamband getur upphafsskammtur sem er eingöngu fengin úr eiturefnafræðilegum athugunum misst af lyfjafræðinni. Einstofna mótefni, ónæmismótarar og önnur markviss lækning hafa oft mikil líffræðileg áhrif við tiltölulega lágan styrk.
Lágmarksstig líffræðilegra áhrifa (MABEL) nær yfir það tilvik. MABEL metur skammtinn eða útsetningu sem búist er við að muni valda lágmarks líffræðilegum áhrifum hjá mönnum, byggir á fyrirliggjandi lyfjafræðilegum og óklínískum sönnunargögnum, og það samþættir venjulega:
- Marktjáning og bindingareiginleikar.
- Gögn um styrk og svörun in vitro.
- Nýting viðtaka og markvirkni.
- Virk virkni í viðkomandi líffræðilegum kerfum.
- PK og PD tengsl þvert á tilraunalíkön.
- Tegundamunur í lyfjafræði og marklíffræði.
MABEL kemur ekki í stað NOAEL-undirstaða mats í hverju þróunarprógrammi. Það bætir við lyfjafræðilegri íhugun og það skiptir mestu máli hvar of mikil markvirkjun eða hömlun hefur alvarlegar afleiðingar í för með sér.
TGN1412 klíníska rannsóknin er áfram viðmiðunartilvikið um hvers vegna eiturefnafræðilegar niðurstöður einar og sér geta verið ófullnægjandi fyrir ónæmisvirkjandi líffræðilegt lyf. Heilir sjálfboðaliðar fengu alvarleg viðbrögð við losun cýtókíns þrátt fyrir undanfarandi óklínískar prófanir. Þátturinn snerist um tegundasértæka lyfjafræði, líffræðilega virkni sem snertir manneskjuna og sambandið milli skammta og ónæmisvirkjunar, en ekkert af því sem óklíníski pakkinn hafði leyst.
Fyrir þýðingaráætlun er lærdómurinn sá að forklínískar rannsóknir þurfa að skila meira en eituráhrifum og niðurstöðum. Þeir þurfa líka að útskýra fyrirkomulagið nógu vel til að sjá fyrir mannleg viðbrögð.
4. Snemma klínísk þróun: Staðfesting á því að vélbúnaðurinn virkar í mönnum
Forklínískar niðurstöður lífmerkja framleiða tilgátur. Klínískar rannsóknir prófa hvort þær haldist hjá mönnum.
Meðan á I. stigs og II. stigs þróun stendur, eru lífvísar best gagnlegir fyrir þrjú störf: staðfesta markvirkni, staðsetja líffræðilega virk váhrifasvið og lýsa sambandinu milli skammta og lyfjafræðilegrar svörunar.
Nýting viðtaka er eitt dæmi.
Fyrir lyf sem miða á frumuyfirborðsviðtaka mælir frumuflæðismæling eða önnur fullgilt greiningaraðferð lyfjabindingu og aðgengi að viðtaka á viðkomandi frumuhópum í blóðrásinni. Raðsýni sýna hvort nýting eykst með skammti og hvort hún nálgast mettun.
Útlægt blóð hefur takmörk. Notkun ónæmisfrumna í blóðrás sýnir ekki samsvarandi markvirkni í föstum vefjum eða í öðrum hólfum sem skipta máli fyrir sjúkdóminn. Þar sem spurningin er hólf, sýna vefjasýni, mælingar á heila- og mænuvökva, myndgreiningarlífmerki eða önnur hólfssértæk mat sönnunargögnin sem vantar.
Niðurstraumsmælingar vega jafnt. BTK hemlar eru lesnir í gegnum breytingar á BTK-tengdum merkjum; MEK hemlar með mótun ERK fosfórunar.
Pörun markmiðsþátttöku við niðurstreymis PD svarar tveimur aðskildum spurningum:
- Hefur lyfið náð og haft samskipti við ætlað markmið þess?
- Hefur þessi víxlverkun framkallað líffræðilega svörun sem búist var við?
Pörunin skiptir máli þegar klínísk gögn um skammta-svörun eru túlkuð. Skammtur sem nær nær hámarksnotkun viðtaka þarf ekki að skila mestum klínískum ávinningi og frekari aukning getur aukið meðferðartengda áhættu á sama tíma og lítil lyfjafræðileg virkni bætist við.
Lífmerkjastýrt skammtaval auðkennir því líffræðilega virkt og klínískt viðeigandi skammtasvið, sem er annað markmið en hámarksskammtur sem þolist (MTD).
5. Lífmerki í vali á sjúklingum og mati á klínískri virkni
Eftir því sem líður á þróunina færist hlutverk lífmerkja frá því að staðfesta lyfjafræðilega virkni yfir í að bera kennsl á þá sjúklinga sem eru líklegastir til að njóta góðs af. Sú breyting skiptir mestu máli fyrir markvissar meðferðir, ónæmismeðferðir og meðferðir sem beinast gegn sameindalega skilgreindum sjúkdóma undirhópum.
Pembrolizumab forritið er vel skjalfest tilfelli.
Tilviksrannsókn: Pembrolizumab og PD-L1 sem forspár lífmerki
Pembrolizumab er einstofna mótefni sem miðar að forrituðu frumudauðapróteini 1 (PD-1). Að hindra víxlverkun milli PD-1 og bindla þess, PD-L1 þar á meðal, endurheimtir þætti T-frumumiðlaðrar æxlisvirkni.
Snemma klínísk þróun hafði tveimur spurningum til að svara í einu: hvaða skammtur gæti náð viðvarandi lyfjafræðilegri virkni og hvaða sjúklingar voru líklegri til að svara.
Rannsóknir á nýtingu viðtaka gáfu lyfjafræðilega helminginn. Klínískar rannsóknir sýndu fram á umtalsverða PD-1 notkun á T-frumum í blóðrás yfir metið skammtasvið, með viðvarandi markvirkni, og þessar niðurstöður byggðu upp mynd af því hvernig skammtur, útsetning og nýting tengjast.
Skammtaval hvíldi á fleiru en nýtingu. Upplýsingar um klínískar lyfjahvörf, lyfjafræðilegar niðurstöður, verkun og öryggi voru vegin saman. Snemma klíníska áætlunin lagði mat á margar skömmtun og 2 mg/kg á þriggja vikna fresti varð mikilvægur skammtur í fyrstu þróunaráætluninni.
Sjúklingaval var önnur spurningin.
PD-L1 tjáning var rannsökuð sem hugsanleg lífmerki fyrir forspár. Ónæmisvefjaefnafræði magngreind PD-L1 í æxlissýnum og niðurstöðurnar voru prófaðar á móti meðferðarsvörun.
Síðari klínískar rannsóknir sýndu mikilvægi tjáningar PD-L1 við val á sjúklingum fyrir ákveðnar pembrolizumab ábendingar. KEYNOTE-024 metið áður ómeðhöndlað háþróað lungnakrabbamein sem ekki var smáfrumukrabbamein (NSCLC) með PD-L1 æxlishlutfallsskor (TPS) upp á að minnsta kosti 50% og án næmandi EGFR eða ALK breytinga, í fyrstu meðferðarstillingu sem hefur auðgað lífmerkja. Pembrolizumab skilaði betri klínískum árangri samanborið við krabbameinslyfjameðferð sem byggir á platínu hjá þeim völdum þýði.
PD-L1 IHC 22C3 pharmDx prófið var þróað sem fylgigreining fyrir viðkomandi ábendingar.
Tvær viðbótarumsóknir sitja í þessu eina forriti. Nýting viðtaka studdist við skilning á milliverkunum lyfja og markhóps og klínískrar lyfjafræði; tjáning æxlis PD-L1 benti til þess að sjúklingahópur væri líklegri til að hagnast. Merki um markvirkni og forspármerki svara mismunandi spurningum, jafnvel þegar báðir tilheyra sama þróunaráætluninni, sem er ástæðan fyrir því að hver og einn er metinn í samræmi við fyrirhugaðan klínískan tilgang.
6. Hvers vegna þarf að meta þýðingarlífmerki á tegundum
Lífmerki sem virkar í dýralíkani hentar ekki sjálfkrafa til klínískrar þýðingar. Mismunur á sameindabyggingu, marktjáningu, ónæmisstjórnun, efnaskiptum og vefjadreifingu hefur áhrif á bæði mælinguna sjálfa og líffræðilega túlkun hennar.
Samanburður milli tegunda á því heima í hönnun forklínískra rannsókna. Fjórir þættir bera mestu áhættuna.
Greinandi samanburðarhæfni.Prófanir verða að vera nægilega sértækar og viðkvæmar fyrir viðkomandi tegund. Mótefni, grunnur, greiningarhvarfefni og aðrir greiningarhlutir geta sýnt mismunandi frammistöðueiginleika í sýnum úr mönnum og dýrum.
Líffræðilegt mikilvægi.Mælanleg breyting á dýri táknar ekki alltaf sama líffræðilega ferli í mönnum. Spurningin er hvort lífmerkið endurspegli varðveitt kerfi eða tegundasértæk svörun.
Mikilvægi vefja.Lífvísar mældir í útæðablóði gefa oft rangar upplýsingar um líffræðilega virkni í marklíffærinu, sem skiptir máli í miðtaugakerfi, krabbameinsfræði og vefsértækum bólgurannsóknum.
Tímabundið mikilvægi.Hægt er að vega á móti breytingum á lífmerkjum og klínískum eða starfrænum viðbrögðum í tíma, þannig að sýnatökuáætlunin ákvarðar hvort útsetningar-svörunarsamband sé yfirhöfuð sýnilegt.
Líkön sem ekki eru mannlegir prímatar (NHP) verða gagnlegar þar sem lyfjafræðilegur gangur er háður varðveittum sameindamarkmiðum, flóknum ónæmissamskiptum eða lífeðlisfræðilegum ferlum sem hefðbundin dýralíkön sýna illa. Fyrir líffræði og önnur tegundaviðkvæm meðferð einkenna NHP rannsóknir markvirkni, almenna útsetningu, ónæmisfræðileg svörun og lyfhrif í lífeðlisfræðilega viðeigandi umhverfi.
NHP rannsóknir útiloka ekki mun milli tegunda. Gildi þeirra veltur á mikilvægi valins líkans, lyfjafræðilegri krosshvarfsemi kandídatasameindarinnar og hæfi lífmerkjanna sem verið er að mæla.
Þýðingarlífmerkjastefna er því byggð í kringum verkunarmáta og fyrirhugaða klíníska notkun, frekar en í kringum endapunktana sem auðvelt er að mæla.
7. Samþætting lífmerkja í megindlega þróunarstefnu
Lífmerki skila flestum þegar þeir sitja inni í samþættri þróunarstefnu frekar en að koma sem einangraðar mælingar.
Meðan á forklínískri þróun stendur, sýna lyfjahvörf mælingar altæka útsetningu og, þar sem við á, útsetningu í vefjum. Markmiðunarpróf ákvarða hvort umsækjandinn hefur samskipti við fyrirhugað sameindamarkmið sitt. PD lífmerki einkenna niðurstreymis líffræðileg svörun og sjúkdómstengdir endapunktar gefa vísbendingar um virkni eða meinafræðilegan bata.
PK/PD líkan og útsetningar-svörunargreining sameina síðan þessi gögn í ákvarðanir um skammtaval, skammtabil og hönnun snemma klínískra rannsókna.
Meðan á klínískri þróun stendur er sami rammi betrumbættur með lyfjahvörfum manna, nýtingu viðtaka, virkni ferla, niðurstöður myndgreiningar og klínískum niðurstöðum.
Upplýsingar streyma ekki í eina átt. Klínískar athuganir geta sýnt fram á að lífmerki hafi takmarkað forspárgildi, að markið sé ekki nægilega upptekið í viðkomandi vef eða að jöfnunarleiðir hafi áhrif á meðferðarsvörun. Þessar niðurstöður koma aftur inn í túlkun forklínískra gagna og hönnun síðari rannsókna.
Nothæf lífmerkjastefna byggir á þremur kröfum:
- Líffræðilegt gildi:endurspeglar lífmerkið fyrirhugað líffræðilegt kerfi?
- Greiningarréttmæti:er hægt að mæla það nákvæmlega og endurskapanlegt?
- Klínískt mikilvægi:gefur mæld breyting mikilvægar upplýsingar fyrir lyfjaþróun eða útkomu sjúklinga?
Lífmerki sem fullnægir einum eða tveimur af þessum hefur enn notkun í könnunarrannsóknum; geta þess til að styðja klínískar ákvarðanir er enn takmörkuð.
Val á lífmerkjum, þróun greiningar, sýnatökuaðferð og mat á tegundum milli tegunda tilheyra því snemma hönnunar rannsóknarinnar, áður en niðurstöður um verkun liggja fyrir.
Afleiðingar fyrir forklínískar þýðingarrannsóknir
Að færa sig frá forklínískri lyfjafræði yfir í klíníska þróun krefst meira en sannana fyrir því að lyfjaframbjóðandi hafi áhrif í dýralíkani. Það krefst sjónar á því hvernig útsetning fyrir lyfjum, markvirkni, líffræðilegri virkni niðurstreymis og sjúkdómstengdar niðurstöður tengjast.
Samþættar lyfjahvörf/PD rannsóknir og mat á lífmerkjum eru hvernig sú skoðun verður byggð.
Í rannsóknum á frumdýrum sem ekki eru gerðar á mönnum sameinast þessi mat við lífeðlisfræðilegar lengdarmælingar,klínísk myndgreining, vefjasýni og starfrænir endapunktar innan eins tilraunaramma. NHP miðtaugakerfisrannsókn, til dæmis, getur samþætt lyfjaþéttni í blóðvökva og heila- og mænuvökva, mat á myndgreiningu, vefsértæka markvirkni og tauga- eða hegðunarendapunkta. Niðurstaðan er nokkur lög af sönnunargögnum í stað einnar lokamælingar.
Hjá Prisys Biotech,NHP lyfjafræðirannsóknir fela í sér mat á lyfjahvörfum/PD, mati á sjúkdómstengdu lífmerkjum, klínískri myndgreiningu og virkni endapunktsgreiningar í samræmi við markmið rannsóknaráætlunarinnar. Sérstök rannsóknarhönnun og greiningarstefna er ákvörðuð af umsækjandalyfinu, verkunarmáta og fyrirhugaðri klínískri notkun.
Að meðhöndla lífmerki sem ákvörðunarinntak frekar en sem rúmmál er hagnýti munurinn. Þar sem hægt er að mæla og túlka líffræðilega virkni í samræmi við tilraunalíkön og klínískar rannsóknir, byggja þróunarákvarðanir á sönnunargögnum og fjarlægðin milli forklínískrar virkni og viðbragðs manna verður eitthvað sem forrit getur rannsakað beint.
